【正文】 獻[1]可得知，橫向進給量為縱向的1/2～1/3,取1/2,則切削力約為縱向的1/2，F(xiàn)=(1/2)== （31）在切斷工件時：F==== （32） （2）滾珠絲杠設計計算 ① 強度計算對于燕尾型導軌：P=KFy+f＇(Fz+W) （33）取K= f＇=,則 P=+（+30） == （34）壽命值L === （35） 最大動負載 Q==1== （36）根據最大動負荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。其結構示意圖見圖31所示。 橫向進給系統(tǒng)改造設計 橫向進給系統(tǒng)的設計 經濟型數(shù)控車床的改造一般是步進電機經減速后驅動滾珠絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架橫向運動。步進電機經減速后和滾珠絲杠用套筒聯(lián)軸器連接。滾珠絲杠仍利用原絲杠位置，其螺母副通過托架安裝在床鞍底部，滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承。脈沖編碼器采用異軸安裝，意在實現(xiàn)角位移信號傳遞的同時，又能吸收車床主軸的部分振動，從而使主軸脈沖編碼器轉動平穩(wěn)，傳遞信號準確。增加一只電磁離合器，用以接收數(shù)控系統(tǒng)的停機制動信號以控制原制動裝置制動停車。改造的方案不是唯一的，以下是其中的一種方案： (1) 主傳動系統(tǒng)保留原機床的主軸手動變速。 。 主軸脈沖編碼器：作用是實現(xiàn)螺紋加工。進給伺服系統(tǒng)總體方案框圖如圖22所示： 圖21 數(shù)控車床的總體改造方案結構示意圖圖22 進給伺服系統(tǒng)總體方案框圖 總體框架說明： 微機：可采用8031單片機，可滿足該系統(tǒng)的控制要求。由于步進電機需要的驅動電壓較高，電流較大，如果將I/O輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起強電干擾，輕則影響單片機程序運行，重則導致單片機接口電路的損壞，所以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離。步進電機的轉子帶動滾珠絲杠轉動，從而使工作臺產生移動，實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。 根據CA6140 車床有關資料以及數(shù)控機床的改造經驗,確定總體方案為：采用以8031單片機為核心的數(shù)控裝置控制加工過程。X軸（橫向）脈沖當量：Z軸（縱向）脈沖當量：實現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止。將CA6140型普通車床改造成經濟型數(shù)控車床，應能實現(xiàn)CA6140車床原有功能，在機床的精度、性能等方面除保持原來狀況外還有所提高。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動調節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進給聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復雜的回轉零件，并能實現(xiàn)多工序自動車削，從而提高了生產效率和加工精度，也能適應小批量多品種復雜零件的加工。 對普通車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改為用微機控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動換刀的回轉刀架。進給參數(shù)要靠手工預先調整好，改變參數(shù)時要停車進行操作。普通車床（如C616，C618，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機床。 機床數(shù)控化改造的優(yōu)點：（1）改造閑置設備，能發(fā)揮機床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機床的使用價值，可以提高固定資產的使用效率；（2）適應多品種、小批量零件生產；（3）自動化程度提高、專業(yè)性強、加工精度高、生產效率高；（4）降低對工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費用低、經濟性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產急需。如果設備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大的浪費。 關鍵字：普通車床 數(shù)控改造 步進電機 經濟型數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控刀架一 緒 論我國數(shù)控機床的研制是從1958年開始的，經歷了幾十年的發(fā)展，直至80年代后引進了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術后，我國的數(shù)控技術才有質的飛躍，應用面逐漸鋪開，數(shù)控技術產業(yè)才逐步形成規(guī)模。 (4) 刀架的改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復定位精度高，安全可靠。這中間最突出一點就是選用滾珠絲杠代替滾動絲杠，提高了傳動的靈敏性和降低功率步進電機力矩損失。 設計題目：CA6140車床的數(shù)控化改造 專 業(yè)： 設 計 者： 指導老師： 年 月 日 摘 要 普通機床的經濟型數(shù)控改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對普通車床進行適當?shù)臋C械改造，改造的內容主要包括： (1) 床身的改造，為使改造后的機床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機械故障的同時，應充分考慮機床零部件的耐磨性，尤其是機床導軌。 (2) 拖板的改造，拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，所以對其改造尤顯重要。 (3) 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對輸入和輸出軸以及減速齒輪進行設計，從而再對箱體進行改造。 通過對機床的改造并根據要求選用步進電機作為驅動元件，這樣改造后的機床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單件生產占有相當大的比重，普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動生產率的要求。如今科學技術發(fā)展很快，特別是微電子技術和計算機技術的發(fā)展更快，應用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動化程度，又能提高加工精度，所以最經濟的辦法就是進行普通機床的數(shù)控改造。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。普通機床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉運動經掛輪傳遞而來，通過進給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動。刀架的縱向進給運動和橫向進給運動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預先輸入的加工指令進行切削加工。二 總體方案設計 總體方案設計要求本課題來源于生產實踐。在整個設計過程中滿足以下幾點要求：X軸（橫向）、Z軸（縱向）改為微機控制，采用步進電機或直流伺服電機驅動，滾珠絲杠傳動。 CA6140車床改造的總體方案 由于是經濟性數(shù)控改造,所以在考慮具體方案時,基本原則是在滿足使用要求前提下,對機床改動盡可能少,以降低成本。微機通過I/O接口發(fā)出步進脈沖，經過光電隔離進入步進電機的驅動控制線路，驅動控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進給脈沖信號，并將該信號轉換為控制步進電機各定子繞組依次通電、斷電的信號，使步進電機運轉。為加工螺紋,在主軸上加裝主軸脈沖編碼器。其總體改造方案結構示意圖見圖21所示。 光電隔離：作用是能夠隔離外部干擾信號對微機的信號沖擊，提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 橫（縱）向工作臺：是由CA6140改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等。 三 車床進給伺服系統(tǒng)機械部分改造設計與計算 車床進給伺服系統(tǒng)機械部分改造設計 進給系統(tǒng)改造設計需要改動的主要部分有掛輪架、進給箱、溜板箱、溜板刀架等。改造后使其主運動和進給運動分離，主電機的作用僅為帶動主軸旋。加工螺紋或絲杠時，為保證主軸每轉一轉，刀具準確移動一個導程，需拆除掛輪架系統(tǒng)，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖編碼器，作為主軸位置信號的反饋元件。 (2) 進給系統(tǒng)原機床的掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠和操作杠全部拆除，縱向進給系統(tǒng)以步進電機作為驅動元件，經一級齒輪減速轉矩增大后，由滾珠絲杠傳動。與床身尾部步進電機相聯(lián)接。橫向進給系統(tǒng)中保留原手動構，將原橫溜板的絲杠的螺母拆除，改裝橫向進給滾珠絲杠螺母副、橫向進給步進電機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。步進電機安裝在大拖板后端，用法蘭盤將步進電機與車床大拖板連接起來，以保證同軸度，提高傳動精度。 圖31 橫向結構示意圖 橫向進給系統(tǒng)的設計計算已知條件：工作臺重（根據圖紙粗略計算） W=30kgf=300N時間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導程 L=4mm左旋行程 S=230mm脈沖當量 =步距角 = 176。查參考文獻[2]可知，其額定動負荷為6100N，所以強度足夠用。39′，摩擦角ψ=10′則傳動效率 η=== （37） ③ 剛度驗算滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量ΔL===106cm （38）滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量ΔL2很小，可忽略，即：ΔL=ΔL。 ④穩(wěn)定性驗算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不用驗算。 d=36mm d=60mm d=40mm d=64mm a=48mm